CN108101010A - 石墨相氮化碳量子点的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨相氮化碳量子点的制备方法。所述方法先将尿素通过热聚合的方法得到g‑C3N4，再将g‑C3N4加入乙二醇中，140～200℃下加热，得到g‑C3N4纳米片，最后将g‑C3N4纳米片分散在水中，超声处理，离心得到g‑C3N4量子点。本发明方法通过改变g‑C3N4的表面能，再得到g‑C3N4量子点，简化了后续量子点的提纯与分离，操作简单，具有良好的应用前景。

Description

石墨相氮化碳量子点的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种g-C3N4量子点的制备方法。
背景技术
量子点(Quantum dot,简称QD)是一种半径小于或者接近玻尔激子半径的半导体纳米晶粒。量子点具有良好的光稳定性，宽的激发谱和窄的发射谱，荧光寿命长等特点，近几年来已引起人们的关注。
g-C3N4量子点是一种以g-C3N4为主体的新型荧光纳米材料，具有良好的稳定性，激发范围宽，荧光量子产率高，生物相容性好且毒性低和优良的电子受体和供体等优点，更易于实现表面功能化，被认为是一种很好的理想材料，已广泛应用于分析化学，微生物学检测，检测重金属离子等方面。
目前，g-C3N4量子点主要制备方法有超声法，微波合成法，水热法等。例如Xu等人用柠檬酸钠和尿素作为前驱体，在高压釜中180℃加热1h制备的g-C3N4量子点，成功地用于各种食品样品中GSH的测定(J.Agric.Food Chem.2015,63,1747-1755)。Wang等人直接用制备的体相F-C3N4在乙二醇中用超声波破碎仪破碎再超声得到F-C3N4量子点(Carbon 109(2016)141-148)，但此方法是在粘稠的乙二醇中制备，不利于F-C3N4量子点后续的提纯与分离；且它在水中不能直接制备量子点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨相氮化碳量子点的制备方法。
本发明的技术解决方案如下：
石墨相氮化碳量子点的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，将尿素通过热聚合的方法得到g-C3N4；
步骤2，将步骤1得到的g-C3N4加入乙二醇中，140～200℃下加热，得到g-C3N4纳米片；
步骤3，将g-C3N4纳米片分散在水中，超声处理，离心得到g-C3N4量子点。
优选地，步骤1中，热聚合的焙烧温度为450～550℃。
优选地，步骤2中，所述的加热时间为2～6h。
优选地，步骤3中，所述的超声功率为350～550W，超声时间为6～48h。
本发明可以在水中直接超声得到g-C3N4量子点。g-C3N4与乙二醇加热处理，利用乙二醇在高温下会脱水缩合，生成醛基的特性，与表面存在的氨基反应，在g-C3N4上嫁接甲基，此外，反应过程中生成的水蒸汽会使g-C3N4产生多孔的结构，从而改变g-C3N4的表面能，使其接近水的表面能，进而可以在水中超声得到g-C3N4量子点。这与传统制备g-C3N4量子点的不同之处就是先改变了g-C3N4的表面能，再得到g-C3N4量子点，该方法简化了后续量子点的提纯与分离，并且操作简单。
综上，本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)通过改变g-C3N4的表面能，可以在水中直接超声得到g-C3N4量子点；(2)有效提高g-C3N4量子点的分离与提纯效率。
附图说明
图1为g-C3N4，g-C3N4薄片和g-C3N4量子点的红外图。
图2为g-C3N4量子点的TEM图。
图3为g-C3N4量子点的尺寸大小图。
图4为g-C3N4碎片的TEM图。
图5为g-C3N4量子点对不同金属离子的检测图。
图6为g-C3N4量子点对金属Ag+离子不同浓度的检测图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1：g-C3N4量子点的制备
(1)将尿素放入坩埚中，在马弗炉中550℃下焙烧2h，升温速率为5℃min-1，冷却研磨即得g-C3N4；
(2)将g-C3N4分散在乙二醇中并搅拌，在160℃加热2h；
(3)离心收集，60℃烘箱中干燥得到超薄g-C3N4纳米片；
(4)将g-C3N4纳米片分散在水中，然后超声处理10h，离心除去大尺寸的g-C3N4颗粒，得到g-C3N4量子点。
图1是g-C3N4，g-C3N4薄片和g-C3N4量子点的红外图，说明g-C3N4量子点的基本结构没被破坏。
图2和图3可以看出g-C3N4量子点大小在1-4nm之间。
实施例2：g-C3N4量子点的制备
(1)将尿素放入坩埚中，在马弗炉中550℃下焙烧2h，升温速率为5℃min-1，冷却研磨即得g-C3N4；
(2)将g-C3N4分散在乙二醇中并搅拌，在140℃加热6h；
(3)离心收集，60℃烘箱中干燥得到超薄g-C3N4纳米片；
(4)将g-C3N4纳米片分散在水中，然后超声处理6h，离心除去大尺寸的g-C3N4颗粒，得到g-C3N4量子点。
本实施例制备的g-C3N4量子点与实施例1的形貌结构基本相同。
实施例3：g-C3N4量子点的制备
(1)将尿素放入坩埚中，在马弗炉中550℃下焙烧2h，升温速率为5℃min-1，冷却研磨即得g-C3N4；
(2)将g-C3N4分散在乙二醇中并搅拌，在200℃加热2h；
(3)离心收集，60℃烘箱中干燥得到超薄g-C3N4纳米片；
(4)将g-C3N4纳米片分散在水中，然后超声处理48h，离心除去大尺寸的g-C3N4颗粒，得到g-C3N4量子点。
本实施例制备的g-C3N4量子点与实施例1的形貌结构基本相同。
对比例1：
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是超声处理时间为2h，得到的是g-C3N4碎片，而不是g-C3N4量子点，如图4所示。
对比例2：
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是将g-C3N4纳米片分散在水中，得到的是g-C3N4碎片，也不是g-C3N4量子点。
实施例4：g-C3N4量子点对Ag+荧光检测应用
g-C3N4量子点的制备用实施例1中步骤(1)～(4)中得到，将各金属离子溶液(Ag+、K+、Al3+、Cr3+和Na+)30μL加入到3ml的g-C3N4量子点的悬浮液中，2min之后测量PL强度。
图5明显显示了Ag+离子优于其他金属离子的选择性。
实施例5：g-C3N4量子点对Ag+荧光检测范围
g-C3N4量子点的制备采用实施例1中步骤(1)～(4)中得到，将不同浓度的Ag+溶液(1μM～30μM)30μL加入到3ml的g-C3N4量子点的悬浮液中，2min之后测量PL强度。图6可以看到该方法对Ag+浓度在1μM～30μM范围内有很好的荧光响应。

Claims (4)

1.石墨相氮化碳量子点的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，将尿素通过热聚合的方法得到g-C3N4；
步骤2，将步骤1得到的g-C3N4加入乙二醇中，140～200℃下加热，得到g-C3N4纳米片；
步骤3，将g-C3N4纳米片分散在水中，超声处理，离心得到g-C3N4量子点。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，热聚合的焙烧温度为450～550℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的加热时间为2～6h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述的超声功率为350～550W，超声时间为6～48h。
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